芒果离体幼叶在增强UV_B辐射处理下的损伤和保护反应

1、第1卷第2期2010年6月热带生物学报JOURNALOFTROPICALORGANISMSVol1No2Jun.2010文章编号：16747054（2010）02014406芒果离体幼叶在增强UVB辐射处理下的损伤和保护反应刘摘121鹏，潘学锋，周开兵（1海南大学热带作物种质资源保护与开发利用教育部重点实验室；2海南大学学报编辑部，海南海口570228）要：以台农一号芒果盆栽苗离体幼叶为试材，研究增强UVB辐射条件下芒果幼叶的损伤和保护反应。结果表明：UVB辐射处理使芒果幼叶MDA含量和相对电导率升高、叶绿素含量和叶绿素a/b降低，且随处CAT）活性、理时间的延长叶片损伤加重。UVB辐射处理叶

2、片可溶性蛋白含量、抗氧化酶（SOD、保护色素（类胡萝卜素、UVB辐射处理叶片VtiC含量和POD活性类黄酮）和还原型GSH含量显著高于对照叶片，表明增强UVB辐射可诱导叶片细胞通过提高活性氧清除能力和积累保护色素来直接显著低于对照叶片，吸收部分UVB辐射，从而提高抗增强UVB辐射损伤的能力。关键词：增强UVB辐射；芒果；幼叶；损伤；保护反应中图分类号：S6677文献标志码：AB区（280320nm）和A区太阳辐射中的紫外线波长介于200400nm，分为C区（200280nm）、（320400nm）。正常情况下，UVC辐射全部被臭氧层吸收，UVB辐射绝大多数被臭氧层吸收，UVA辐射全部穿透臭氧层

3、。20世纪以来，随着工业的发展，致冷剂、发泡剂、喷雾剂以及灭火剂中广泛使用氟氯烃化合物（俗称氟里昻），这类物质一旦升至高层大气后，就会在强烈的太阳紫外线辐射下发生分解，产生的氯原子会与臭氧分子发生反应，导致臭氧层的破坏，造成到达地面的太阳光中UVB辐射剂量增12。研究表明，加，此时称增强UVB辐射。增强UVB辐射是当今全球性环境问题之一增强UVB辐射直接影响生物的生存，导致许多动、植物在形态结构、生理功能、遗传特性、生长周期等方面发生改34。根据相关预测，变，进而对人类生产生活构成严重威胁今后70年内全球大气臭氧浓度将减少52%10%，到达地球表面的UVB辐射将增加4%20%。何况目前臭氧层的

4、破坏还会在一段时间内加剧。因此，增强UVB辐射逆境伤害问题是当前植物生理学和生态学研究的一项重要内容。海南岛虽地理纬度低、紫外辐射强，但芒果却能够很好地适应这种强紫外辐射环境。目前，关于芒果叶片在增强UVB辐射胁迫下的损伤和保护性生理反应及芒果叶片对强紫外辐射环境适应机理还未见报道，关于不同年龄的叶片对增强UVB辐射处理的反应是否一样也还不清楚，故本试验先选取幼叶作材料进行研究。11材料与方法材料供试材料为台农1号芒果盆栽苗。2008年6月上盆定植时，苗木为一年生容器苗，由海南省农业科学院果树研究所提供。盆土为人工调配的营养土，盆容积7L，上盆后先在荫棚内培养，成活后即揭去遮阳网全光照，其余管

5、理采取常规管理措施。2009年6月，取健康完整的叶片（红叶期刚刚转绿）、在室内对离体叶片进行模拟增强UVB辐射处理。收稿日期：基金项目：作者简介：通信作者：20100310海南省自然科学基金项目资助（807005）刘鹏（1982），男，山西大同人，海南大学农学院2007级在读硕士研究生E-mail：kaibingzhou0528163com周开兵，博士，副教授，第2期刘鹏等：芒果离体幼叶在增强UVB辐射处理下的损伤和保护反应14512增强UVB辐射处理紫外灯为上海晨辰照明电器有限公司生产的ZWB系列UVB灯管，波长203m高度的紫外线强度为85W·cm，范围280320nm，功率8W

6、，共2只，且并排，灯管间距2cm。紫外灯离叶片垂直高度为30cm，在室内26条件下对离体叶片进行模拟室外阳光下UVB辐射处理，2，4，6，8，10，12h条件下分别取样，以室内自然散射光下离体叶片为对照。从早上8点开始，在辐照0，重复3次。每次样叶经液氮速冻研磨后存放于80冰箱备用。13测定指标及方法131丙二醛含量和相对电导率的测定丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸比色法，丙二醛含16量单位为mol·g。相对电导率测定采用郝再彬等介绍的方法。132叶片色素含量的测定叶片光合色素含量的测定采用改良Arnon法；叶片总黄酮含量的测定采用10孙群等方法。7可溶性蛋白含量和抗氧化酶活

7、性的测定可溶性蛋白含量测定采用Bradford的方法，超氧化物8歧化酶（SOD）活性测定采用氮蓝四唑（NBT）光还原法，过氧化氢酶（CAT）活性测定采用紫外吸收99法，过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法。134抗坏血酸含量和还原型谷胱甘肽（GSH）含量的测定采用陈建勋等方法测定抗坏血酸和还原性19谷胱甘肽的含量（g·g）。14试验数据处理用TTEST过程进行处理与对照的差异显著性测验，用ANOVA过程进行不同处理时间的差异显著性测验，采用LSD法进行多重比较分析。所有分析均采用SAS软件进行。1332结果与分析21增强UVB辐射处理对叶片的损伤211增强UVB辐射处理对丙二醛

8、（MDA）含量的影响随着增强UVB辐射处理时间的延长，处P00001；对照：F=626，P=0002理叶片与对照叶片的MDA含量均呈上升的趋势（处理：F=2207，3），且处理组上升幅度更大（图1）。处理12h和10h的差异虽不显著，但显著高于其他时间；6h和8h6h和4h间含量差异不显著，4h以内的差异不显著，间含量差异不显著，但8h的显著高于4h以内的，10h但6h的显著高于4h以内的；对照MDA含量在处理8h以后差异不显著，但12h的显著高于除8h，8，10h间以及6h以内的MDA含量差异不显著，10h的MDA含量显著高于以外的其他时间的；6，但8h，4h以内的。从4h开始，处理的叶片M

9、DA含量显著或极显著地高于对照的。说明离体叶片随着时间的延长，细胞膜膜酯过氧化作用增强；同时，增强UVB辐射处理加剧了膜酯过氧化作用，即增强UVB辐射处理引起膜酯损伤。图1UVB处理对芒果幼叶丙二醛含量和相对电导的影响图2UVB处理对芒果幼叶叶绿素和叶绿素a/b的影响212增强UVB辐射处理对相对电导率的影响处理与对照叶片的相对电导率都随着处理时间的延P00001；对照：F=1320，P00001），长而增加（处理：F=2363，但处理叶片增加幅度更大（图1）。处理在2h内相对电导率无显著差异；4h和2h无显著差异，但4h显著大于初值；6h和8h无显著差146热带生物学报2010年8h以后的无

10、显著差异，异，但显著大于4h，但10h以后的显著大于6h的；对照在4h以内相对电导率无8，10h间无显著差异，8，10，12h间无显著差异，12h的显著大于6h显著差异，但显著小于6h以后的；6，的。处理和对照叶片相对电导率上升说明在离体条件下细胞膜透性随时间延长而增大，即二者细胞均受到一定程度的损伤。处理与对照的相对电导率在4h以内的均无显著差异；处理的相对电导率在6h之后的分别高于对照的，且差异均显著或极显著，处理叶片相对电导率上升更快。处理的叶片细胞膜透性显著高于对照的，说明增强UVB辐射引起芒果叶片损伤。213增强UVB辐射处理对叶绿素含量和叶绿素a/b的影响处理的叶绿素含量和叶绿素a

11、/b均呈P=00182；叶绿素a/b：F=537，P=00063），下降趋势（叶绿素：F=382，对照的则无显著变化（叶绿P=0837；叶绿素a/b：F=056，P=08041）；处理的叶绿素含量和叶绿素a/b分别在4，8h素：F=057，4，6h后显著低于对照（图2）。处理的叶绿素含量在4h以内差异不显著，但0h显著高于612h的；2，2h的叶绿素含量显著高于02h，812h的，4h以后的叶绿素含量间差异不显著。处间差异不显著，4，6，8h间无显著差异，4，6，8，但0h和2h显著高于8h以后的；2，理6h以内的叶绿素a/b无显著差异，10h间无显著差异，10h和12h间差异不显著，但12h

12、的显著小于08h的。可见，增强UVB辐射处理导致叶绿素含量和叶绿素a/b降低，说明可能引起叶绿体损伤。22叶片在增强UVB辐射处理下的可溶性蛋白含量变化处理和对照的可溶性蛋白含量变化趋势2，4，8h差异不显处理的先升后降又上升，对照的先升后降；处理与对照的可溶性蛋白含量在0，不同，著，处理6h的可溶性蛋白含量显著低于对照的，处理10h后的可溶性蛋白含量显著高于对照的（处理：F=7701，P00001；对照：F=854，P00001）（图3）。处理10h以后的可溶性蛋白含量差异不显2，6h但显著高于其他处理时间的；处理4h和8h间的可溶性蛋白含量差异不显著，但显著高于0，著，2，6h间的可溶性蛋

13、白含量差异不显著。对照6h和8h间的可溶性蛋白含量差异不显著但显的，处理0，4h和10h的可溶性蛋白含量差异著高于其他时间的；12h的可溶性蛋白含量显著高于04h和10的，不显著，但显著高于2h以内的；对照2h以内的含量差异不显著。处理的可溶性蛋白含量在增强UVB辐射处理一定时间后显著高于对照的。图3UVB处理对芒果幼叶可溶性蛋白含量和超氧化物歧化酶的影响图4幼叶UVB处理对芒果幼叶过氧化氢酶和过氧化物酶的影响23叶片在增强UVB辐射处理下的抗氧化酶系统活性变化231叶片在增强UVB辐射处理下的SOD活性变化处理与对照的叶片SOD活性变化差异明显（处理：F=6248，P00001；对照：F=2

14、155，P00001），处理6h以内的SOD活性显著高于对照的，2，6h间的SOD活性差异不显著，对照6h之后的SOD活性显著高于处理的（图3）。处理0，但0h的SOD活性显著高于4h和812h的；2，4，6h间的SOD活性差异不显著，但显著高于8h以后的；8h和10h间、10h和12h间的SOD活性无显著差异，但8h的显著高于12h的；对照8h和0h的SOD活性差10和12h间的SOD活性差异不显著，异不显著，但0h的显著高于26h和1012h的；8h和10h间、2和6h的SOD活性间差异不显著，但显著高于6h以内的，且8h的显著高于12h的，但显著高于4h的，且4h的SOD含量最低。可见，

15、增强UVB辐射可能使细胞受损，导致SOD活性的降低。第2期刘鹏等：芒果离体幼叶在增强UVB辐射处理下的损伤和保护反应147232叶片在增强UVB辐射处理下的CAT活性变化处理与对照CAT活性变化趋势不同，处理先升后降且在6h达到峰值，对照除10h的CAT活性有所升高外其他时间的变化不显著（处理：F=4329，P00001；对照：F=2380，P00001）；处理6h的CAT活性显著高于对照的，10，12h的显著低于对照的，处理与对照在其他时间里的CAT活性差异不显著（图4）。处理6h的CAT活性显著高于其他时间8h和10h的CAT活性间差异不显著，但显著高于612h的；0h和8h、但的；2h和

16、4h的差异不显著，0h的显著高于8h的；10h和12h的CAT活性间差异不显著，但12h的显著低于010h的。对照10h的CAT活性显著高于其它时间的，其余时间的CAT活性间差异不显著。可见，增强UVB辐射处理可能导致H2O2引起膜酯过氧化，诱发CAT活性升高，尽可能清除H2O2自由基，避免其引起膜酯进一步损伤。233叶片在增强UVB辐射处理下的POD活性变化处理与对照的POD活性均呈现总体下降的趋P00001；对照：F=3326，P00001），处理与对照的POD活性4h以内差异不势（处理：F=1741，6h以后处理的POD活性显著低于对照的（图4）。处理2h的POD活性显著高于其他时间的，

17、0h显著，4h的低于0h的，的次之，但显著高于6h以后的；6h和12h的POD活性差异不显著，但高于8h和10h8h和10h的POD活性差异不显著且含量最低。对照2h内的POD活性差异不显著，的，但显著高于其4，6和8h间差异不显著，12h的POD活性显著高于10h的，10h但显著高于10h和12h的，他时间的，2的活性最低。说明在增强UVB辐射条件下，叶片POD活性降低，即清除O2能力下降，可能会造成O2的积累而导致损伤。224叶片在增强UVB辐射下非酶保护体系的变化241叶片在增强UVB辐射处理下的保护色素含量变化处理与对照的类胡萝卜素含量变化趋势明处理呈上升趋势，对照除6h类胡萝卜素含量

18、有所升高外，其余时间的无显著变化（处理：F=显不同，P=00007；对照：F=351，P=00124）；处理与对照的类胡萝卜素含量在6h前差异不显著，794，此后，处理的类胡萝卜素含量显著或极显著高于对照的（图5）。图5UVB处理对芒果幼叶类胡萝卜素和类黄酮的影响图6UVB处理对芒果幼叶抗坏血酸和还原型谷胱甘肽的影响P=00002；对处理与对照类黄酮变化均呈先升后降趋势，但高峰出现时间不一样（处理：F=1069，P=00008）；处理和对照的类黄酮含量在0，6，8h无显著差异，照：F=782，除处理12h低于对照的外，4，在其他时间处理的类黄酮含量均显著或极显著地高于对照的（图5）。处理的类黄

19、酮含量在4h达高峰，6和10h间差异不显著，8h，12h的，2，6，8，10h间的含量差异不显著，但4h的显著高于02h，但显著高0h和12h间的差异不显著。对照6h的类黄酮含量达到高峰，4h后无显著变于0h和12h的，而后下降，2，4，8，12h之间无显著差异，化，但6h的显著高于2h以内的，但显著高于0h的。由此可见，处理的类胡萝卜素和类黄酮含量均具有高于对照的趋势，说明增强UVB辐射可促进这并通过其吸收来增强UVB辐射来避免叶绿素光氧化，从而尽可能地避免组织细胞遭到些色素的积累，损伤。242叶片在增强UVB辐射处理下的VtiC和还原型GSH含量变化处理与对照的抗坏血酸含量变148热带生物

20、学报2010年P00001；对照：化趋势相反，处理表现持续下降的趋势，而对照表现持续上升的趋势（处理：F=2152，F=2617，P00001）。处理与对照除处理0h无显著差异外，其余时间处理的VtiC含量均显著低于对照的（图6）。处理的VtiC含量随着时间的延长而降低，除8h和10h含量无差异外，其他时间差异显4和6h间差异不显著，但高于其他时间的；2，但著或极显著。对照在8h以后的VtiC含量无显著差异，0h的含量最低。高于0h的，P=0处理与对照的还原型GSH含量变化不同，处理的先升后降，对照的持续上升（处理：F=839，0005；对照：F=597，P=00028）；处理与对照在2h以内

21、的还原型GSH含量无显著差异，除12h处理的显著低于对照外，其他时间处理的均显著或极显著高于对照的（图6）。处理的还原型GSH含量在410h间差异不显著，4，10和12h的还原型GSH含量差异不显但6h和8h的显著高于02h和12h的，0h和2h的差异不显著，2h和12h的含量差异不显著，但4h和10h的显著高于2h以内的，但12h著，4，6，8和12h的差异不显的显著高于0h的。对照8h以后的差异不显著，但10h的显著高于06h，28h和06h的差异不显著，但12h的显著高于2h以内的，但8h的显著高于0h的。著，由此可见，处理的VtiC因为被活性氧直接氧化而出现含量低于对照的现象。而处理的

22、还原型GSH含量出现高于对照的现象即说明在出现活性氧危害的情况下仍然有大量积累，这有利于清除活性氧自由基。至于还原型GSH清除活性氧消耗量与其合成积累量的相互关系，尚有待从变化细节上作进一步研究。3讨论试验结果显示，增强UVB辐射能引起芒果离体幼叶膜酯过氧化和透性增强，还能引起叶绿素破坏（可能引起叶绿体损伤），且随着增强UVB辐射处理时间的延长其伤害越来越重。试验结果还表明，在增强UVB辐射持续处理过程中，处理的SOD和CAT活性高于对照，而POD活说明SOD和CAT在增强UVB辐射持续处理幼叶的过程中一直参与活性氧自由基的清性低于对照，111213。随着处理时间的延长，VtiC含量显著降低，

23、而GSH含量升高，除这与Herbinger等报道小麦抗旱品种和不抗旱品种在遭受水分胁迫时叶片的GSH含量提高和VtiC含量降低是一致的；VtiC因为直接清除活性氧而出现含量降低，说明其可能参与了活性氧清除；而还原型GSH含量升高，则更有利于清除活即处理积累了大量的保护性色性氧自由基。处理的保护性色素（类胡萝卜素和类黄酮）含量高于对照，说明处理叶片通过类黄酮吸收增强UVB辐射；而类胡萝卜素则在一定程度上避免了叶绿素光氧化素，14这与Dai和Nybakken等人报道的植物能通过UVB诱导的表皮色素类UVB而降低了胁迫的伤害，吸收复合物（这些物质包括类黄酮、黄酮、花青素和类胡萝卜素）等来抵抗UVB辐

24、射伤害的结果一1516。处理的可溶性蛋白含量高于对照，Nedunchezhian的研究表致这种结果与前人的研究有类似之处，UVB辐射促进植物细胞蛋白质合成17；李曼华证实UVB辐射增强，明，小麦和玉米的叶绿素含量降18低，籽粒中赖氨酸、蛋白质及可溶性糖的含量增加；张莉等认为可溶性蛋白水平的提高有渗透调节的作19用。以上这些，可能是由于细胞通过降低水势而保水和维持正常生理活动导致可溶性蛋白含量升高。由此可见，在增强UVB辐射胁迫下，幼叶提高了SOD和CAT活性，消耗了VtiC和刺激积累了还原从而清除活性氧自由基；刺激幼叶合成积累了类黄酮和类胡萝卜素等保护色素，从而分散增强型GSH，UVB辐射胁迫

25、和避免叶绿素光氧化；提高幼叶可溶性蛋白含量，从而增强细胞渗透调节功能，尽量保水和维持正常生理活动。这些生理生化变化，可能是芒果幼叶耐增强UVB辐射胁迫的生理生化机理。参考文献：1ALLENDJ，NOGUESS，BAKERNOzonedepletionandincreasedUV-Bradiation：istherearealthreattophotosynthesisJJournalofExperimentalBotany，1998，49（328）：177517882MCLEODAR，NEWSHAMKK，FRYSCElevatedUV-Bradiationmodifiestheextract-

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27、resofArcticSaccorhizadermatodeaJJournalofExperimentalBot-any，2006，57（4）：38473856第2期刘鹏等：芒果离体幼叶在增强UVB辐射处理下的损伤和保护反应1495郑有飞，B辐射与其它因子复合作用对植物生长的影响研究J西北植物学报，2007，27刘建军，王艳娜，等增强UV-（8）：170217126郝再彬，M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004苍晶植物生理实验7BRADFORDMMArapidandsensitivemethodfortheestimationofmicrogramquantitiesofproteinuti

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